五屆武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案大賽設(shè)計方案書

--目錄TＯC＼ｏ”1－3”\ｈ＼z\ｕHYPＥRＬIＮK\ｌ”_Tｏｃ2９10１５692＂第1章設(shè)計思路?PAGＥREF_Ｔｏc２９１015692\h2ＨＹPERLINK\l”_Ｔｏc29１015693”1.1設(shè)計構(gòu)思?PAGERＥF_Tｏc2９１0156９３\ｈ2ＨYＰERＬINK\l＂＿Toc2９10156９4”1．2結(jié)構(gòu)選型?PAGEREF＿Toｃ2９1015694\ｈ３HYPERLＩNK＼ｌ”_Ｔoc2910156９５”第２章方案圖 PＡＧＥREＦ_Toｃ２91０15６95＼ｈ５ＨＹＰERLＩＮＫ＼l"＿Toｃ2９101569６”模型效果圖?ＰＡＧEＲEF_Toc2９１0156９6＼ｈ5HYPＥＲＬＩNＫ\ｌ”_Tｏc2９10１5697”第３章材料參數(shù)的確定?PＡGEＲEＦ_Toc291０１56９7\h6ＨYＰERＬINK\l＂_Ｔoc２９１0１5６98＂3.1繪圖紙的性質(zhì)?PＡGEＲEF＿Toc291015698＼ｈ６ＨYＰＥRLINK５。1制作流程?ＰAGERＥF_Ｔｏc２9１015703\h8HＹＰEＲLINK\ｌ＂_Ｔoｃ２91０15７0４”5.2下料 PＡGERＥF_Tｏc２9１０１5７04\h8HYPＥRLＩNＫ＼l”_Tｏc29１0１５7０５”５.3梁的制作?PＡＧEREF＿Toc291０1５705＼h8HＹＰＥRLINK\l”_Ｔｏｃ291０１５70６＂５。４組裝?PＡGＥREF＿Toc2９10１5７0６\h8?第1章設(shè)計思路本次結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽即設(shè)計一個底部大空間三層建筑結(jié)構(gòu)，而我們的設(shè)計作品在建筑外形上為塔式結(jié)構(gòu)，因為塔式結(jié)構(gòu)在長久的時間中被認(rèn)為是具有更好的抗沖擊性能結(jié)構(gòu)。因此在滿足靜載作用的前提條件下,塔式結(jié)構(gòu)可以更好的抵抗沖擊荷載作用。競賽規(guī)則要求同時考慮豎向永久荷載和水平?jīng)_擊荷載這兩種荷載,已達(dá)到和實際情況接近的目的，使得比賽過程更加貼近生活,讓參賽選手對實際工程有了大致的了解，同時可能擦出設(shè)計創(chuàng)新靈感的火花.作為在校大學(xué)生這次結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽給了我們一個難得的鍛煉機會,將書本知識用于實踐,培養(yǎng)研究和創(chuàng)新精神。由此，我們在進(jìn)行底部大空間時以結(jié)構(gòu)設(shè)計為主導(dǎo)，兼顧外觀，以期達(dá)到滿意的效果。1．1設(shè)計構(gòu)思選擇合理的結(jié)構(gòu)形式形式服從功能，建筑物應(yīng)適應(yīng)時代的要求,注重功能，力求發(fā)揮和表現(xiàn)結(jié)構(gòu)與材料的美學(xué)特點是我們追求的目標(biāo)。底部大空間設(shè)計方案的選擇,很大程度上取決于結(jié)構(gòu)形式的選擇,所以，在追求外觀和功能的同時，我們著重考慮了結(jié)構(gòu)體系的合理性,經(jīng)濟性和實用性.結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)以“安全，高效”為核心,力求：“創(chuàng)新,經(jīng)濟，便捷,美觀"。選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式,使底部大空間不僅可以為各類空間需求，而且受力合理,經(jīng)濟效果較好;同時，具有美學(xué)效果,給人以深刻的印象。關(guān)于模型設(shè)計的若干考慮本次底部大空間設(shè)計過程，因為加載方式的確定，并對底部大空間的尺寸有明確的規(guī)定，同時應(yīng)考慮受彎構(gòu)件的撓度問題和結(jié)構(gòu)在模擬地震荷載作用下的位移，所以在滿足強度和穩(wěn)定的前提下,還應(yīng)該使受彎構(gòu)件的撓度和結(jié)構(gòu)的位移滿足要求，而不同結(jié)構(gòu)形式在這個方面的特點均不相同，需要一一進(jìn)行理論和實際的分析和比較.同時，由于有沖擊荷載作用,模型的設(shè)計應(yīng)該考慮動力荷載結(jié)構(gòu)振動情況下能滿足承載力和位移的要求。在結(jié)構(gòu)的選型中，我們對各種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了比較詳盡的理論分析和實驗比較,著重分析結(jié)構(gòu)在靜荷載和模擬地震荷載作用下的撓度和位移問題。同時對底部大空間結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比選，著重解決荷載作用下?lián)隙群蜏p輕結(jié)構(gòu)自重兩個問題。具體措施主要有以下幾點：根據(jù)模型的制作材料，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，提高結(jié)構(gòu)剛度和整體性.針對結(jié)構(gòu)形式的不同，分析荷載最不利位置，在保證安全可靠的前提下,盡量優(yōu)化結(jié)構(gòu)和減輕質(zhì)量。由于制作材料是A０繪圖紙和白乳膠,這兩者的相關(guān)材料特性參數(shù)都未知,我們參閱了大量的文獻(xiàn)，包括繪圖紙的正面與反面的差別，順紋和逆紋的區(qū)別等等?？紤]水平?jīng)_擊荷載的影響,我們在第二層加一個水平集中荷載,并相應(yīng)的乘以了一個沖擊系數(shù)１.4進(jìn)行放大處理.1。2結(jié)構(gòu)選型1。2．1塔式結(jié)構(gòu)的選型在模型的計算、制作和實驗過程中,不同類型的模型都有自己的優(yōu)缺點，從質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)的整體剛度和變形控制等方面考慮，找出最為適合的結(jié)構(gòu)類型。在整個設(shè)計過程中,我們曾經(jīng)考慮過：框架結(jié)構(gòu);這是我們最初考慮的結(jié)構(gòu)類型。框架結(jié)構(gòu)由梁柱構(gòu)成，構(gòu)件截面較小,因此框架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都較低，它的受力特點類似于豎向懸臂剪切梁，樓層越高,水平位移越慢,高層框架在縱橫兩個方向都承受很大的水平力,這時，現(xiàn)澆樓面也作為梁共同工作的,裝配整體式樓面的作用則不考慮,框架結(jié)構(gòu)的墻體是填充墻，起圍護和分隔作用，框架結(jié)構(gòu)的特點是能為建筑提供靈活的使用空間,但抗沖擊性能差。塔式結(jié)構(gòu)：下端固定、上端自由的高聳構(gòu)筑物。以自重及水平荷載為結(jié)構(gòu)設(shè)計主要依據(jù)。塔在風(fēng)荷載或地震作用下引起的振動,可按多自由度體系求其自振周期和相應(yīng)的振型曲線.將塔劃分成若干節(jié)段,每一節(jié)段作為一個質(zhì)點，按力法或位移法列出多質(zhì)點的自由振動方程,使方程的系數(shù)行列式為零,求得各個頻率值及其振型曲線（見結(jié)構(gòu)振動）.１.2.２模型設(shè)計特色１.合理用材,充分發(fā)揮兩種不同材料的力學(xué)特性。(１）紙的抗拉強度較高，抗剪性能較差，應(yīng)該盡量白紙抗剪；（２)白乳膠的抗剪強度高,抗拉強度低，,因此在節(jié)點位置盡量避免了白乳膠抗拉。2.傳力方式簡潔明確，避免了復(fù)雜節(jié)點處理，杜絕薄弱環(huán)節(jié)的存在。設(shè)計按照鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接設(shè)計方法，采用剛節(jié)點，連接傳力可靠，節(jié)點連接剛度大。放樣、制作標(biāo)注化，使制作的精度提高。節(jié)點連接牢固,制作精度高.3.注意選材經(jīng)仔細(xì)觀察，我們發(fā)現(xiàn)提供的繪圖紙有正反面之分，實驗表明正面更利于乳膠連接,同時紙應(yīng)該沿著縱向剪裁。因此，在繪圖紙的選取的時候應(yīng)該仔細(xì)挑選材料、。4。形式新穎，造型美觀在設(shè)計中，我們進(jìn)行了多次構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,力求使外形更美觀.第2章方案圖模型效果圖第3章材料參數(shù)的確定根據(jù)競賽規(guī)定要求，我們從繪圖紙的材料性能、模型的加載形式和節(jié)點的鏈接方便程度等方面出發(fā)，采用順紋的繪圖紙和白乳膠,精心設(shè)計制作了“通天塔"模型。此結(jié)構(gòu)運用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件USSＣAD和ANSＹS進(jìn)行了計算分析,通過理論計算來更加準(zhǔn)確地說明我們結(jié)構(gòu)的合理性。在此之前，我們在網(wǎng)上參閱了相關(guān)特性。３。1繪圖紙的性質(zhì)繪圖紙的彈性模量Ｅ＝２０００N/mｍ2繪圖紙的質(zhì)量密度ρ＝0.7７g/ｍm3繪圖紙的屈服強度fｙ=20Mpa等等。3。2白乳膠的性質(zhì)白乳膠的化學(xué)名稱為聚醋酸乙烯膠粘劑,是由HYＰＥＲLＩNK"htｔp:／/ｂａiｋe.bａｉdｕ。com/view／1０663１．htｍ"＼t＂_blａnｋ＂醋酸與HYPERＬINK”ｈtｔp：／/bａｉke.baiｄ/vｉew/15690。htm"\ｔ＂＿blank"乙烯合成醋酸乙烯，添加鈦白粉(低檔的就加輕鈣，滑石粉,等粉料）.再經(jīng)乳液聚合而成的乳白色稠厚液體。白乳膠可常溫固化、固化較快、粘接強度較高，粘接層具有較好的韌性和耐久性且不易老化?？蓮V泛應(yīng)用于粘接紙制品（墻紙）,也可作HYＰＥＲLINＫ＂ｈtｔp：//baike．baiｄu.cｏｍ/viｅw／11６4263。hｔｍ＂\t”_ｂlank"防水涂料和木材的膠粘劑。木質(zhì)材料粘接。它是以水為分散劑，使用安全、無毒、不燃、清洗方便,常溫固化,對木材、紙張和織物有很好的黏著力,膠接強度高，固化后的膠層無色透明,韌性好,不污染被粘接物;乳液穩(wěn)定性好，儲存期可達(dá)半年以上。因此，廣泛地用于印刷裝訂和家具制造,用作紙張、木材、布、皮革、陶瓷等的黏合劑,還可作HYPERＬINK”hｔtp：／/ｂａiｋe。ｂａｉdu。coｍ/viｅw/1６7０7５．htm”＼ｔ＂_blａnｋ”酚醛樹脂、脲醛樹脂等黏合劑的改性劑，用于制造聚醋酸乙烯乳膠漆等。3．3白乳膠的使用及注意事項先清潔紙的表面,除去面上面的灰塵、油污等打開瓶蓋后因盡量封口，以免氧化，同時應(yīng)該存放在陰涼處。第4章計算書根據(jù)競賽規(guī)則要求，我們從紙的材料性能、模型的加載形式和節(jié)點連接方面程度等方面出發(fā)，采用裁剪后的紙桿、用白乳膠作為粘結(jié)劑，精心設(shè)計了該塔式網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型.此結(jié)構(gòu)模型運用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件ＵＳSＣAＤ和ANSＹS進(jìn)行了計算分析，通過理論計算來更加準(zhǔn)確地說明我們的結(jié)構(gòu)合理性.此結(jié)構(gòu)為空間網(wǎng)格形式,涉及桿件較多，具有多次超靜定的特性，通過手工計算難以獲得準(zhǔn)確的計算結(jié)果.因此，我們根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)形式、桿件截面以及材料屬性等設(shè)計參數(shù)，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件ＵSSCＡＤ中建立結(jié)構(gòu)的分析模型。分析假定：(１）結(jié)構(gòu)分析模型的約束取在四個柱子的柱底，實際模型柱底通過鋼壓條固定,因此取為固定端約束;(２）所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均在彈性范圍內(nèi)工作;（3）地震荷載簡化為線荷載加在橫梁上；(4）順紋方向材質(zhì)連續(xù),均勻;（５）梁與梁、梁與支撐之間結(jié)點均為剛結(jié)；（6)荷載塊荷載簡化為線荷載；(7）桿件計算時采用鋼結(jié)構(gòu)的計算模式。根據(jù)以上假定，通過UＳSCAＤ計算模型,所得的內(nèi)力和位移作為桿件設(shè)計的依據(jù)。此次結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽規(guī)定了主體結(jié)構(gòu)的平面尺寸大小，限定了底層最小高度和高度的最大限值，底層的凈空要求,其設(shè)計目的是為了在滿足競賽要求的情況下，應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)等相關(guān)知識，設(shè)計出材料消耗較少，同時結(jié)構(gòu)強度和剛度盡量大的結(jié)構(gòu)模型.本著“安全可靠、經(jīng)濟合理”的設(shè)計原則，我們權(quán)衡了幾種不同方案的優(yōu)缺點,最終選做空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果僅加豎向荷載時：加載圖變形圖剪力圖彎矩圖軸力圖加了水平?jīng)_擊荷載后：剪力圖彎矩圖位移圖軸力圖計算分析：第一層截面:20０×200mｍ，高度6０0mｍ第二層截面：300×2０0mｍ,高度40０mm第三層截面:450×２00mｍ,高度２００ｍm桿件截面：內(nèi)徑ｄ１=10ｍm，外徑D=1４mm，Ｉ＝１39４．16mm4A=?π(Ｄ2－ｄ2)=75.36ｍm2σmax=Mmax／Ｉ.h／2=4156/１394.16×７÷2=1０.4３N/mｍ2＜20Ｎ/ｍｍ2滿足要求同時,變形最大為31．3３mm，滿足變形要求。第５章模型制作5.1制作流程在模型的制作過程中，某些工序需要兩人或三人配合才能完成,例如連接節(jié)點、受力構(gòu)件的制作、模型組裝等,而某些工序一人即可完成，例如切割紙片等。為了有效利用時間，避免窩工現(xiàn)象的發(fā)生，并在限期內(nèi)完成作品，合理安排制作流程及人員搭配就顯得尤為重要.經(jīng)過賽前模擬，精確計算出各工序所需時間，以及每位隊員對各項工作的熟練程度，最后得出明確的制作流程。領(lǐng)取材料及工具領(lǐng)取材料及工具完三人檢查模型三人組裝模型三人制作模型一人準(zhǔn)備模具兩人剪裁繪圖紙制作準(zhǔn)備?5。２下料完三人檢查模型三人組裝模型三人制作模型一人準(zhǔn)備模具兩人剪裁繪圖紙制作準(zhǔn)備本模型的主體結(jié)構(gòu)為空間網(wǎng)架體系,其主要特點是梁單元型號較多，分別制作零散而且影響效率。為制作方便,在